Idea produkowanych współcześnie urządzeń do automatycznego czyszczenia kanalizacji sanitarnej znana jest od ponad stu lat. Potrzeba usprawnienia sposobu czyszczenia kanalizacji sanitarnej pojawiła się z chwilą upowszechnienia jej budowy. Sieci kanalizacji sanitarnej wymagają okresowego płukania, zwłaszcza te o bardzo małych spadkach i niewielkich wypełnieniach. Zabieg ten ma na celu usunięcie osadów odkładających się na dnie kanałów, utrudniających przepływ i będących źródłem odorów.

Jednym z możliwych, aktualnie stosowanych sposobów płukania kanałów jest wykorzystanie w tym celu wozów asenizacyjnych (płukanie ciśnieniowe). Innym rozwiązaniem jest zastosowanie płuczek kanałowych. Interesującym rozwiązaniem jest płuczka przedstawiona na rysunku z 1907 roku (rys. 1). Biuro David Grove z Berlina projektując kanalizację sanitarną Tczewa (niem. Dirschau) zaproponowało automatyczną płuczkę, zainstalowaną w studni (niem. Automatischer Spülschacht).

Płuczka nie wymagała konieczności stosowania energii elektrycznej, zarówno do wytworzenia fali płuczącej, jak i do sterownia dopływem wody. Wykorzystywano jedynie energię wody. Rozwiązanie to, poprzez analogię, można porównać do płuczki lewarowo-syfonowej. Lewar (z łaciny) oznacza dosłownie zakrzywioną rurkę, wprowadzoną jednym końcem do naczynia, w celu umożliwienia wypływu cieczy, potocznie nazywany jest dźwignią do podnoszenia ciężaru. Na dnie studni gromadzącej wodę umieszczony jest rodzaj rury syfonowej, przykrytej od góry tak zwanym dzwonem. Po napełnieniu się zbiornika do określonego poziomu, syfon samoczynnie się uruchamia, gwałtownie opróżniając studnię. Ciśnienie wody powoduje sprężenie powietrza pod dzwonem i w końcowej fazie gwałtowne wypychanie wody z syfonu. Po opadnięciu wody w studni do poziomu poniżej otworu w dzwonie, przedostaje się do niego powietrze i syfon przerywa działanie. Cykl zaczyna się od początku [2, 3].

Wodę do studni z automatyczną płuczką doprowadzano z sieci wodociągowej, zakończonej ręcznym zaworem spustowym na rys. 1 zaznaczono również instalację odpowietrzającą.

Gwałtowne uwalnianie wody w studni powinno wywoływać w kanalizacji sanitarnej falę uderzeniową o określonym zasięgu, wywołując efekt płukania kanału. W stanie spoczynku urządzenie czyszczące uniemożliwiało przedostawanie się gazów kanalizacyjnych do studni z płuczką. Na dnie studni płuczącej zastosowano korek, do ręcznego, awaryjnego opróżnia studni z wody płuczącej. Należy przypuszczać, że urządzenie podwieszone na bocznej ścianie było elementem systemu dozująco-regulującego dopływ wody do studni.

W celu uzyskania pożądanego efektu, płuczki kanałowe powinny być instalowane w wydzielonej studzience, zlokalizowanej w najwyżej położonych odcinkach sieci kanalizacyjnej lub na jej końcach. Czynnikiem płuczącym może być woda deszczowa lub wodociągowa.

Objętość wody do płukania kanału zależy od:

•    powierzchni przekroju poprzecznego płukanego kanału,

•    zasięgu płukania (zasięgu fali płuczącej), od 100 do 200 m,

•    spadku dna kanału i jego szorstkości,

•    prędkości początkowej wody (zależnej od wzniesienia zwierciadła wody w studni płuczącej),

•    minimalnej prędkości płukania (0,8 m/sek), wymaganej do unoszenia osadów (samooczyszczania się kanałów).

Na podstawie dokumentacji (rys. 1) oszacowano pojemność użytkową studni – 1,28 m³. Oznacza to, że była to studnia lokalna, o małej pojemności, typowa, instalowana na sieci kanalizacyjnej w najwyższych jej punktach [1].

W oparciu o literaturę [4] i dokumentację (rys. 1) obliczono prędkość V_u [m/sek] wypływu wodnej fali uderzeniowej ze studni.

V_u = 0,75 (2gh)^1/2      

gdzie: g = 9,81 m/sek,

h = 0,80 m wysokość słupa wody w studni,

V_u = 0,75 (2·9,81·0,80)^1/2 = 2,971 m/sek.

Przewyższa ona minimalną prędkość płukania, niezbędną do samooczyszczania kanału (0,8 m/sek), co oznacza, że warunki spłukiwanie kanału były spełnione. Oszacowano również przepływ Q [m³/sek] w rurce doprowadzającej wodę do studni:
 

Q = S · V_p  

gdzie:

S – powierzchnia przekroju wewnętrznego rurki, doprowadzającej wodę do studni [m²],

V_p – prędkość przepływu wody w rurce [m/sek].

Zakładając D = 0,020 m oraz V = 0,8 m/sek (w rurociągach o średnicy do 300 mm, przyjmuje się prędkość wody od 0,5 do 0,8 m/sek) [5] otrzymano Q = 1/4·3,14 (0,02)²·0,8 = 0,00025 m³/ sek = 0,25 litr/sek.

Zatem napełnianie studni wodą do objętości 1,28 m³ trwałoby ok. 1,4 godziny. Jej lewarowe opróżnienie, przy średnicy wewnętrznej kanalizacji sanitarnej 200 mm, zachodziłoby z wydajnością

Q = 1/4·3,14· (0,2)² 2,971 = 0,093 m³/sek.

Czas opróżniania studni z wody płuczącej wynosiłby 1,28 /0,093 = 13,8 sek.

Według szacunkowych obliczeń, studnia napełniałaby się w ciągu doby 24/1,4 = 17 razy, gdyby system spłukiwania był w pełni zautomatyzowany (w tym automatyczne napełnianie studni). Taki tryb pracy byłby rozwiązaniem nieracjonalnym. Ponieważ kanalizacja sanitarna o małych spadkach i niepełnych wypełnieniach wymaga  płukania – od 3 do 6 razy na dobę [6].

Należy zatem przypuszczać, że napełnianie płuczki mogło być regulowane ręcznie, a jedynie spust był automatyczny. Nie można jednak wykluczyć innego sposobu pracy spłuczki, determinowanego rachunkiem ekonomicznym. Sto lat temu koszty napełniania studni, z uwagi na niskie jednostkowe koszty wody przy zastosowaniu dławienia jej napływu do studni, w relacji do kosztów
czyszczenia kanalizacji sanitarnej mogło być niskie. Wówczas istniałaby możliwość wydłużenia czasu napełniania studni z jednoczesnym ograniczeniem częstotliwości jej opróżniania, a proces zachodziłby w sposób ciągły, tym razem w pełni zautomatyzowanym spustem.

Wychodząc z przesłanek budowy studni z płuczką w najwyżej położonych odcinkach kanalizacji sanitarnej oraz jej krańcach, przeprowadzono wizję lokalną, wykorzystując stuletnią dokumentację sieci kanalizacyjnej Tczewa. Najwyżej zlokalizowane dna studni kanalizacyjnych (rys. 2) znajdowały się w obecnej ulicy Sobieskiego (niem. Gosslerstrasse), a najniżej w obecnej ulicy Wojska Polskiego (niem. Schöneckerstrasse).

Terenowa weryfikacja nie doprowadziła do odnalezienia nawet pozostałości po żadnej studni z płuczką. O ile współczesna konstrukcja płuczki instalowanej w kanalizacji sanitarnej nie jest czymś nadzwyczajnym, to stuletnia dokumentacja takiego urządzenia budzi zaciekawienie i nie pozostaje bez refleksji.

Literatura:

1.  Materiały archiwalne ZWiK w Tczewie, bez sygn.

2.  K. Wóycicki, Kanalizacje, wydanie 2. Budownictwo i Architektura, Warszawa 1955.

3.  W. Błaszczyk, H. Stamatello Budowa miejskich sieci kanalizacyjnych, wyd.2, Arkady, Warszawa 1975.

4.  W. Błaszcyk, H. Stamatello, P. Błaszcyk, Kanalizacja sieci i pompownie. Tom1.wydanie 2, Arkady, Warszawa 1983.

5.  T. Gabryszewski, Wodociągi, Arkady, Warszawa 1983.

6.  Wodociągi i kanalizacja. Poradnik, praca zbiorowa, Arkady, Warszawa 1971.

Artykuł został również opublikowany w nr 1/2018 magazynu "Kierunek WodKan"